DE567576C - Gasturbinenwelle mit Innenkuehlung - Google Patents

Description

Die Lagerstellen von Gasturbinenwellen hinreichend kühl zu halten, kann insbesondere dann Schwierigkeiten bereiten, wenn in unmittelbarer Nähe der Lagerstelle die Welle noch hohen Gastemperaturen ausgesetzt ist. Da der Querschnitt der vollen Welle so große Wärmemengen zur Lagerstelle überleiten würde, wie sie bei erträglichen Lagertemperaturen von dort nicht mehr abzuführen wären, hat man sich veranlaßt gesehen, die WeUe vor dem Lager von außen durch Kühlflüssigkeiten energisch zu kühlen. Diese Flüssigkeitskühlung vermag Wärmespannungen in der Welle hervorzurufen. Setzt man an die Stelle der Flüssigkeitskühlung die weniger gefährliche, aber auch viel weniger intensive Außenkühlung durch einen Gasstrom, so sind zur Erzielung gleicher Wärmeabfuhr größere Oberflächen, also längere Wellenstücke erforderlich.

Der Grundgedanke der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, die Welle zwischen den Lagerstellen und den hohen Gastemperaturen ausgesetzten SteEen so weit auszubohren, wie es Festigkeitsrücksichten gestatten, um damit einerseits den für die Wärmeleitung in Betracht kommenden WeUenquerschnitt nach Möglichkeit zu vermindern und anderseits die für die Innenkühlung zur Verfügung stehende Oberfläche zu vergrößern. Man ist dann in der Lage, die durch die Querschnittsverminderung verminderte Wärmemenge durch die gleichzeitig vergrößerte Oberfläche abzuführen.

Es sind bereits Kühleinrichtungen mit Innenbohrung der Arbeitswelle bekanntgeworden, bei denen das Augenmerk auf die Festigkeit der Wellen gegen Bruch- und Rißgefahr bei Auftreten hoher Temperaturen gerichtet ist; zu diesem Zweck wird hier die Bohrung mit allmählichen Übergängen ausgeführt, derart, daß die Bohrung des Innenkanals nicht von gleichbleibendem Durchmesser ausgeführt wird, sondern sich allmählich nach innen verjüngt. Damit erfolgen die Temperaturzunahmen in axialer Richtung allmählich. Eine noch, weitergehende Ausbohrung mit dem -Ziel, eine Verminderung der Wellenlänge und des Wellengewichtes zu erreichen, ist hier ganz außer acht gelassen.

Die mit der Ausbohrung nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag erzielbaren Vorteile bestehen darin, bei geringeren anfallenden Wärmemengen mit geringeren Kühlflächen auszukommen. Es kann an Wellenlänge und Wellengewicht, damit auch an Maschinenlänge und Maschinengewicht gespart werden. Die Verringerung der dem Lager zugeleiteten Wärmemenge entlastet die eigentliche Lagerkühlung. Durch die Verringerung der Lagerabstände werden die Eigenfrequenzen der Biegungsschwingungen der Welle erhöht.

In der Zeichnung, die einen Gasturbinenläufer im Axialschnitt darstellt, ist eine bei- " spielsweise Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Welle α und Laufrad b sind hier aus einem Stück hergestellt, doch kann das Rad auch aufgesetzt sein. Die Welle

läuft in den Wälzlagern c, d. Die Teile e, f sind bedeutend weiter ausgebohrt als der zwischen ihnen liegende Wellenteil, weil sie den hohen Gastemperaturen mehr ausgesetzt sind. Infolge dieser größeren Bohrung ist die innere Oberfläche vergrößert und wird von dem in der Pfeilrichtung durch die Hohlwelle streichenden Kühlstrom wirksam gekühlt. Der wärmeleitende Querschnitt ist verringert und damit schon der zu den Lagerstellen wandernde Wärmestrom.

Die Führung des Kühlstromes kann beliebig gestaltet werden. Er kann die auf die ganze Länge hohl gebohrte Welle durchlaufen. Er kann aber auch an dem gleichen Wellenende ein- und ausgeführt werden.

Als Kühlmittel können Flüssigkeiten und Gase in Betracht kommen.

Eine weitere Vergrößerung der wärmeabgebenden Fläche der Bohrung bei gleichen Außenabmessungen der Welle kann ferner durch Kühlrippen ermöglicht werden.

Die Innenkühlung der hohl gebohrten Welle kann auch noch mit einer Außenkühlung vereinigt und damit die Wirksamkeit der Kühlung wesentlich gesteigert werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gasturbinenwelle mit Innenkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lagerstellen und den hohen Gastemperaturen ausgesetzten Wellenteilen die Welle so weit ausgebohrt ist, wie es Festigkeitsrücksichten gestatten, um einerseits den wärmeleitenden Querschnitt und damit den Wärmestrom zur Lagerstelle weitgehend zu verringern und anderseits die für eine Innenkühlung maßgebende Oberfläche so zu vergrößern, daß die durch die Querschnittsverminderung verkleinerte Wärmemenge durch diese Innenkühlung in einem Maße beseitigt wird, daß für die Lager erträgliche Temperaturverhältnisse geschaffen werden.

   Hierzu ϊ Blatt Zeichnungen